Efektívna premena slnečnej energie na elektrickú prostredníctvom solárnych článkov nikdy nebude kvôli zákonom termodynamiky na úrovni 100 %. S najmodernejšími materiálmi a technológiami sa však teraz vedci priblížili aspoň polovičnej účinnosti viac ako kedykoľvek predtým. Solárne panely tak stále po malých častiach zvyšujú svoju účinnosť. V poslednom čase boli zaznamenané hneď 3 nové rekordy pri 2 typoch solárnych článkov, ktoré dosiahli najvyššiu účinnosť doteraz. O téme informoval portál Science Alert.

Hneď prvé dva rekordy boli prekonané v Národnom laboratóriu pre obnoviteľné energie v USA, kde sa výskumníkom podarilo pomocou 6-prechodových solárnych článkov dosiahnuť najvyššiu účinnosť vôbec. Viacprechodové solárne články majú niekoľko P-N prechodov z rôznych polovodičových materiálov. Pri takýchto článkoch je elektrický prúd generovaný na každom prechode pri rôznych vlnových dĺžkach svetla.

Pixabay

Práve použitie viacerých materiálov pri týchto prechodoch umožňuje solárnym článkom efektívnejšie pracovať, zachytiť širšie spektrum vlnových dĺžok svetla a premeniť ho na elektrickú energiu. Pri bežných článkoch s jedným prechodom je teoretická maximálna účinnosť na úrovni zhruba 33 % a pri teoreticky nekonečnom počte prechodov by bola účinnosť článku pri koncentrovanom svetle až takmer 87 %.

Solárne články dosiahli novú rekordnú účinnosť

V praxi sa však reálne výsledky z viacerých dôvodov líšia a doteraz najvyššia dosiahnutá účinnosť takéhoto článku ešte neprekonala ani hranicu 50 % účinnosti. Najnovší rekord však dokázal dostať solárny panel pri premene energie až na účinnosť 47,1  %, čo je o celé percento viac ako bol doterajší rekord spred niekoľkých rokov.

Štúdia bola publikovaná aj v časopise Nature. Výskumníkom sa takúto účinnosť podarilo dosiahnuť vďaka koncentrovaniu slnečného žiarenia, ktoré bolo až 143-krát intenzívnejšie ako bežné slnečné žiarenie, píše portál New Atlas.

Na fotografii John Geisz a Ryan France, autori solárneho článku, ktorý dosiahol účinnosť 47,1 %. Zdroj: NREL

Nenechaj si ujsť
Vedci opäť vylepšili solárne články a našli materiál, ktorý ohromne stlačí ich ceny

Aj pri normálnom použití by však panel dosahoval vyššiu účinnosť ako akýkoľvek iný. Tu sa dostávame k druhému rekordu, ktorý tím vedcov prekonal práve pri solárnom paneli bez pomoci koncentrácie svetla.

V tomto prípade sa im podarilo dosiahnuť účinnosť článku na úrovni 39,2 %, čo by v praxi znamenalo, že zo svetla by vďaka tomu mohlo byť vyrobenej ešte viac elektrickej energie. To všetko vďaka špeciálnemu článku, ktorý sa skladá zo 140 vrstiev stlačených do hrúbky menšej ako je ľudský vlas.

Vedci spojili v článkoch aj nové typy materiálov

Tretí pokrok v tejto oblasti sa podarilo dosiahnuť výskumníkom z centra Helmholtz-Zentrum v Berlíne, ktorí využili tandemové solárne články s dvomi odlišnými typmi fotoaktívnych vrstiev. Jednou vrstvou boli perovskitné solárne bunky o hrúbke 0,5 mikrometra (pomenovanie po rastline Perovskia, pozn. redakcie), pričom druhá vrstva bola kombináciou medi, gália, india a selénia (CIGS) o hrúbke len 3 až 4 mikrometre. Táto štúdia bola publikovaná v časopise Joule.

Solárny článok s perskovitnou vrstvou a CIGS materiálmi. Zdroj: Helmholtz Zentrum Berlin

Dvojica týchto vrstiev pritom môže účinne spolupracovať vďaka zachytávaniu viditeľného svetla perovskitnou vrstvou a infračerveného svetla druhou vrstvou zo spomínaných materiálov. Výskumný tím však medzi tieto vrstvy pridal ešte atómy rubídia, aby zvýšil ich efektivitu. Týmto spôsobom potom dosiahli najvyššiu účinnosť 24,16 %.

Hodnota účinnosti je ale na nižšej úrovni ako v prípade tandemových článkov zo silikónu a perskovitných buniek. Ide však o prvé takéto spojenie spomínaných vrstiev a s dosiahnutou účinnosťou získali výskumníci skvelý výsledok. S čoraz tenšími solárnymi článkami by sa mohla postupom času a s ďalším vývojom spustiť aj výroba flexibilných a dostatočne tenkých článkov, ktoré by lepšie odolávali ožiareniu a mohli nájsť využitie aj pri satelitných technológiách vo vesmíre.